【天文|NASA：未来太空望远镜或发现10万个新世界，这值得我们期待】天文学家们宣布称 ， 美国宇航局的罗曼天文望远镜任务——将于21世纪20年代中叶某时发射——被期待能发现至少10万个环绕其他恒星的外系行星 。
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对于艺术家对外系行星在它的恒星前凌空而过时的概念设想 ， 即将到来的罗曼天文望远镜任务有望发现至少10万个这样的新世界 。 图像来自于ESA 。
自20世纪90年代以来 ， 天文学家们已经发现了四千多个外系行星 ， 即环绕其他恒星的太阳系之外的行星 。 美国宇航局即将到来的罗曼天文望远镜——以美国宇航员南希·格雷斯·罗曼的名字命名——是下一代天文望远镜的成员之一 ， 将在新世界发现中扮演重要角色 。 实际上 ， 美国太空总署于2021年3月31日宣布 ， 美国宇航局希望这个将在21世纪20年代中叶发射的罗曼望远镜 ， 能够发现十万个以上的外系行星 。
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罗曼望远镜要如何做到这一点呢？它将利用两种不同的方式来探测外系行星：凌星法和微引力透镜技术 。 大多数望远镜主要只使用一种方法 ， 但利用两种不同方式的罗曼望远镜——前称为大视场红外巡天望远镜——将会成为发射出的最高产的行星猎手 。
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微引力透镜技术利用大质量物体的引力曲光性效应来探测环绕恒星的行星 。 它通过监测恒星产生的光的微小变化来实现这一点 。 当一颗距离较远的恒星恰巧对准了前景处距离较近的行星时 ， 就会发生这种情况 ， 科学家们正在利用这一现象来研究可能存在的行星 。 近处的恒星会像透镜一样 ， 将来自于远处恒星的光弯曲 。 随着恒星的运动 ， 排列方式会在几天或几星期内发生轻微的变化 ， 远距离恒星的亮度也会随着发生轻微变化 。 通过观察近处目标恒星光度的变化模式 ， 天文学家们可以发现某些环绕着它的行星的线索 。
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艺术家图解的南希·格雷斯·罗曼天文望远镜 。 图片来自 NASA/ GSFC/ Hubblesite
然而 ， 这种微引力透镜现象却并不常发生 ， 因此 ， 罗曼望远镜也会利用其他最常见的技术来搜寻行星 ， 也就是凌星法 。 新南威尔士大学的科学讲师本·蒙泰这样说道：
微引力透镜现象十分少见并且发生得很快 ， 所以为了探测它们 ， 你需要重复多次看很多的恒星并且准确测量光度的变化 。 这也同样正是在寻找凌星行星时你需要做的事 ， 所以在建立稳定的微引力透镜调查的同时 ， 罗曼望远镜也需要进行很好的凌星调查 。
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大多数罗曼望远镜的发现都应该来自于凌星法 。 蒙泰说 ， 望远镜应该能够找到10万个正在经过它们面对的恒星的行星 ， 甚至更多 。 蒙泰之前在2017年曾发表过一篇论文 ， 详细说明了罗曼望远镜应该可以完成的事 ， 但那时它还被称为大视场红外巡天望远镜 。
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从地球上看 ， 在如此凌星的过程中 ， 当有行星从其前方经过时 ， 宿主恒星的亮度会略微变暗 。通过测量光的变化 ， 科学家可以在一定精确程度上确定一颗行星的大小 。后续观察通常可以帮助确定行星的质量及其轨道的大小 。
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按理说 ， 比起依靠微引力透镜技术 ， 通过凌星法能发现更多的系外行星 ， 但其实两种探测方法是互补的 。 人们发现 ， 许多系外行星的公转轨道距离它们的中心天体很近 ， 比如说气态巨行星 。 而凌星法就比较适合用来探测这类行星 。 相反 ， 微引力透镜技术更适合用来探测公转轨道距中心天体更远的行星 。 我们甚至还能通过这种方法探测到"流浪星球" ， 这类星球基本上就是不被任何恒星引力绑住的星球 ， 它们不绕着恒星公转 ， 只是在茫茫的星际空间中漫无目的地穿梭 。 科学家们会在这两种探测方法的结合下 ， 发现更多不同大小 ， 轨道的系外行星 。
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哈佛史密森天体物理中心的天体物理学家Jennifer Yee说：
我们只需要查看已经采集微引力透彻数据就能检测到数千颗凌日行星 ， 这一事实令人兴奋 。 这是自由科学 。
罗曼望远镜会发现什么样的行星?
其中大部分(约3/4)可能是类似于木星和土星的气态巨行星 。 此外 ， 如天王星和海王星一样的的冰态巨行星预计也在其中 。 其余的大部分可能类似迷你海王星 ， 质量是地球的4到8倍 。 迷你海王星比超级类地行星稍大一点 ， 而超级类地行星比地球稍大一点 ， 质量也更大一点 。
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比较三个不同太空望远镜—罗曼望远镜、TESS和开普勒关于外行行星的探索范围 。 可发现 ， 罗曼比之前的观测项目探索地要更深入 。 图像来自于NASA和戈达德太空飞行中心 。
这些星球之中不乏有宜居的星球 ， 这些遥远的星球因为其内部低温才能够允许水作为液体保留在这些岩石沙砾星球上 。
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罗曼望远镜将拓展新的太空未知领域并且深入探索我们银河系从未涉及的角落 。 它将发现26000光年外的星球 。 对比之下 ， 退役的开普勒望远镜只能研究平均2000光年距离内的天体 ， TESS当前专注于寻找离地球150光年左右的星球 。
开普勒望远镜和TESS的任务同地面上的望远镜一样 ， 它们已经发现了我们银河系角落中一片广泛的、五彩缤纷的世界 。 这些岩石星球有的跟地球一样大、有的比地球小一点 ， 而气态行星又比木星大一点 。 我想当我们通过罗曼望远镜发现新世界的时候肯定是一片欢天喜地的氛围 。
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2017年 ， 新南威尔士州大学的本?蒙特发表了一篇关于罗曼望远镜能达到何等成就的论文 。 图片来自UNSW
罗曼望远镜以南希·格雷丝·罗曼（1925-2018）命名 ， 她是NASA第一位首席天文学家 ， 为日后的太空探索铺平了道路 。 她也被尊称为“哈勃望远镜之母” 。 NASA首席科学助理托马斯·左布臣说过：
南希·格雷斯·罗曼是一位领袖和倡导者 ， 她的献身精神为NASA认真追逐天体物理学领域并将它带到一个新的高度做出来贡献 。 她的名字在她所研究和开创的诸多天空领域中值得占有一席之地 。
底线：据天文学家说 ， NASA即将上线的罗曼太空望远镜的任务有望发现至少十万个围绕其他恒星飞行的新外系行星 。
BY：Paul Scott Anderson
FY：Astronomical volunteer team
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